[發明專利]高di/dt光控晶閘管版圖設計方法

有效

• 申請號: 201810330128.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108493291B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 陳萬軍;鄧操;高吳昊;夏云;左慧玲
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/111
• 分類號: H01L31/111;G06F30/392
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于半導體技術領域，具體的說是涉及一種高di/dt光控晶閘管版圖設計方法。本發明主要包括：將陰極金屬電極和光柵窗口按并行交替排列的方式設置于版圖中心，該交替排列區域的左右兩側均為光柵窗口；采用邊緣陰極電極將陰極金屬電極和光柵窗口包圍，邊緣陰極電極作為陰極金屬電極打線處；在邊緣陰極電極外圍與芯片邊緣之間環繞多層結終端區。本發明的有益效果為，提供了具有高峰值電流能力和高電流增長能力的LTT器件柵陰極交叉的版圖規劃，解決了傳統的LTT器件不能很好適應于脈沖功率應用領域的問題；同時具有傳統器件相同的制作工藝。它基本可以完全利用現有成熟的商用LTT制作工藝，為商用生產提供了有利條件。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體的說是涉及一種適用于脈沖功率應用的光控晶閘管版圖設計。

背景技術

功率半導體器件作為開關器件，可以應用于電力電子領域和脈沖功率領域兩個方面。在電力電子領域，常規光控晶閘管(Ligth Triggered Thyristor，簡稱：LTT)因其優越的性能被作為脈沖放電開關器件得到廣泛的應用。在電力電子應用領域中，為了防止LTT器件本身存在的閂鎖效應，從而提高器件正向安全工作區(SOA)，其器件技術的發展趨勢是采用陰極短路結構避免器件正向耐壓時誤開啟而提前進入閂鎖狀態，同時控制陰極短路結構的尺寸和數量等。與此同時，研究者們也提出一些新器件結構和工藝技術以實現高的的電流耐量能力，滿足脈沖功率應用能力需求。

由于在脈沖功率領域中，要求開關器件具備極高的峰值電流能力和電流上升率(di/dt)。由于常規LTT的電流上升率與電壓上升率(dv/dt)的矛盾關系，其陰極短路結構需要折中處理(也就意味著需滿足一定的dv/dt條件下，盡量提高器件的di/dt耐量)，這就使得在提升器件的電流上升率耐量的同時其正向阻斷特性會變差。更為重要的是，常規圓形版圖結構的光控晶閘管由中部光柵觸發周圍有限區域的主陰極區開啟，從而大大限制了其峰值電流能力和di/dt耐量能力。這些特性使得常規LTT在高功率脈沖領域應用有限。對于脈沖功率應用的光控晶閘管器件di/dt耐量問題的研究，主要是提高器件初始開啟區域、減小開啟區域電流密度、提升開啟均勻性和橫向開啟擴展速度，這都對器件的柵陰極版圖規劃提出了要求。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述常規LTT由于柵陰極結構版圖的局限，不能很好適應于脈沖功率應用領域，提出一種適于脈沖功率應用的高di/dt耐量柵陰極交叉分布的光控晶閘管版圖設計。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：高di/dt光控晶閘管版圖設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、將陰極金屬電極和光柵窗口按并行交替排列的方式設置于版圖中心，該交替排列區域的左右兩側均為光柵窗口；

b、采用邊緣陰極電極將陰極金屬電極和光柵窗口包圍，邊緣陰極電極作為陰極金屬電極打線處；

c、在邊緣陰極電極外圍與芯片邊緣之間環繞多層結終端區。

本發明總的技術方案，提出的LTT柵陰極版圖規劃采用了柵陰極交叉分布的方案，等效成單個光柵驅動單個原胞主陰極區導通，其光柵窗口區域面積遠遠大于傳統光控晶閘管，且每個原胞各自的光柵驅動使器件的初始開啟區域增大且開啟均勻，使LTT器件芯片相比傳統的圓形中部驅動方式可以有更多的原胞均勻開啟且版圖面積可據具體需要調整。傳統光控晶閘管器件由于版圖布局的局限性，導通時器件的開啟區域總是局限在光柵窗口周圍，遠離光柵處由于電流的橫向擴展需要時間而來不及開啟，而本發明提出新的LTT版圖規劃可以提升器件開啟區域面積和開啟均勻性，從根本上解決了傳統的光控晶閘管器件對于脈沖功率應用的di/dt耐量低的局限性。

進一步的，所述陰極金屬電極和光柵窗口的寬度與原胞尺寸對應。

進一步的，所述陰極金屬電極的單元寬度為50～100μm，所述光柵窗口的單元寬度為10～30μm。